爆炸螺栓盒的爆炸模拟与冲击强度计算[1]

2007年12月强度与环境Dec．2007第34卷第6期STRUCTURE&ENVll的NM嚣NT嚣NGlN戴嚣掰NGVol。34，No。6爆炸螺栓盒的爆炸模拟与冲击强度计算吴艳红王晓晖马斌捷荣克林李双(北京强度环境研究所，北京100076)摘要：采用非线性有限元软件LS．DYNA，模拟剪切式爆炸螺栓中炸药爆炸及爆炸冲击波对爆炸螺栓盒中的冲击破坏作用，校核盒盖的动强度。计算结果表明，盒盖变形、破坏形式、压力峰值和脉宽都与试验绣采吻合较好。根据对计算结采静 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ，提出爆炸鳔栓盒静三三释改进办法，并遥过分析诗算确定了最佳MATCH_ word word文档格式规范word作业纸小票打印word模板word简历模板免费word简历 _1716050342903_0。关键溺：瀑炸螺栓盒；摸拟计算；LS。Dyna中图分类号：0389文献标识码：A文紊编号：1006。3919(2007)06．0010．07ThesimulationofexplosionandthecalculationofheimpactstrengthoftexplosiveboltboxⅥ哪Yan—hongWANGXiao—huiMABin-jieRONGKe—linLIShuang(BeijingInstituteofStructureandEnvironmentEngineering，Beijing100076，China)Abstract：TheprocssofPETNexplodinganditseffecttohexplosiveboltboxaresimulatedusingLS-Dynawhichisnonlineardynamicfiniteelementaalysissoftware．Theresultsofimulation，suchasthepressureinboxandeformationofhecover,agreewithexperimentresults。Throughtheanalysisandtheabovesimulation，threedesignmthodswereputforwardtooptimizethexplosiveboltbox．Keywords：Explosiveboltbox；Simulation；LS—Dynal引言剪切式爆炸螺栓广泛应用于弹箭体结构分离。爆炸螺栓盒将爆炸产物封闭在盒腔内，用在需控制污染的场合，具有分离结构简单、装配与使用方便等特点。如果爆炸螺栓盒在瞬态压力帮冲击作用下发生破坏，盒肉或盒髂部件飞出，撞击设备或仪器，可憨影醺飞彳亍器的安全。采用数值计算方法，模拟爆炸螺栓内炸药被点火引爆、爆炸产生的高压气体和冲击波在爆炸螺栓盒中的传播过程，分析高压气体对盒盖的瞬态作用。通过数值计算，校核压力冲击作用下盒盖的动强度，为爆炸螺栓盒的改进 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 提供依据。收稿日期：2007．08．010修回日期；2007。11．25作者篱余：受艳红(1982．)，女，硕士，助王，磷究方蠢：工程力学；(100076)l|：京市9200髂簇了2分箱，万方数据第34卷第6期吴艳红等爆炸螺栓盒的爆炸模拟与冲击强度计算112有限元计算模型2．1有限元模型爆炸螺栓盒分为上盒和下盒。分离时，螺栓内部的炸药被引爆，爆炸产生的冲击波和高温、高压气体共同作用剪断销钉，使螺栓头和螺栓杆分离，从而实现弹箭上下体分离。下盒主要受到螺栓杆的高速撞击作用，而上盒容易受到爆炸冲击作用。只建立上盒的有限元模型，并进行分析。建模时将爆炸螺栓简化为一个圆柱形刚性容腔，容腔体积与爆炸螺栓初容相同，炸药放置在容腔左侧。爆炸产生的气体产物通过与容腔壁的耦合作用封闭在容腔内；当容腔内部压力达到剪断剪切销的压力时，爆炸产物与容腔壁停止耦合，气体产物进入到爆炸螺栓盒上盒中，从而模拟爆炸螺栓的解锁过程。模型由爆炸螺栓盒上盒、炸药、爆炸螺栓、空气和炸药五部分组成，均为对称结构。为简化计算，使用对称边界条件，只建立1／2模型，如图2所示。●图1爆炸螺栓及爆炸螺栓盒的结构示意图图2爆炸螺栓盒的有限元模型2．2 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 模型和算法炸药和空气采用Euler网格建模，单元使用多物质ALE算法。爆炸螺栓、螺钉以及螺栓盒均用Lagrange网格建模。在Lagrange网格和Euler网格之间定义耦合，处理它们的相互作用。模型中采用的材料模型和状态方程如表1。表l材料模型及状态方程3仿真计算结果及分析3．1压力分布爆炸螺栓中的炸药被点火起爆后，生成大量高压气体。当爆炸螺栓解锁以后，高压气体在万方数据12强度与环境2007年爆炸螺栓盒中快速膨胀流动，引起空气中的压力突跃，即冲击波。试验时在爆炸螺栓盒壳体左右侧壁的中间部位各安装一个传感器(如图7)，以测量冲击压力。建立有限元模型时也在相应位置建立一个直径lcm、深0．5cm的测压孔(图2)。试验压力与计算压力如图3所示。两者都是双峰曲线，试验峰值压力约为0．82MPa，计算峰值压力为0．86MPa。ElemenINo允八．,止3226187‘～、火jj＼／厂{／t、＼童iV{，lf矿、＼＼一020040060080(Time(us)试验压力曲线汁算压力曲线图3测点处的压力曲线形成双峰压力曲线的原因是冲击波在爆炸螺栓盒中的传播和反射。爆炸螺栓解锁后，冲击波在爆炸螺栓盒中向尾部传播，当冲击波经过测点所在位置时，测点处压力急剧上升，形成第一个脉冲峰值；冲击波传到尾部盒壁后，经过反射后压缩冲击波继续向爆炸螺栓方向传播，经过测压点时，形成第二个脉冲峰值。若将爆炸螺栓盒尾部盒壁去掉，计算得到的压力曲线只有一个峰值，如图4，由此证明第二个脉冲峰值由冲击波在尾部盒壁处的反射引起。ElementNo以叩322192200400Time(us)萝∽／A口21《／／／，／≯，／图4无尾部盒壁时的压力曲线图5盒盖向上鼓起变形的曲线图计算压力曲线和试验压力曲线的脉宽分别为4009s和为3509s，两者的第一个峰值脉宽近似相等，计算曲线的第二个峰值脉宽比试验曲线宽。形成这种现象的可能原因是计算模型的网格不够细。当冲击波从盒壁尾端反射反向传播时，盒盖在冲击压力作用下向上鼓起变形，盒盖与壳体间产生缝隙，盒内压力迅速衰减；计算过程中，直至出现第二个压力峰值时盒盖鼓起量约为0．25cm(女H图5)，略大于空气的网格边长0．2cm，因此，盒内压力衰减过程比实际慢，计算得到的压力脉宽大于试验值，计算结果偏于保守。3．2盒盖变形破坏冲击波在爆炸螺栓盒中传播，到达爆炸螺栓盒盒壁和盒盖后发生反射，同时冲击波对盒壁8642一∞o山)|^日也000：}i‘也万方数据第34卷第6期吴艳红等爆炸螺栓盒的爆炸模拟与冲击强度计算13和盒盖产生冲击作用，使盒盖鼓包甚至破坏。试验采用了LYl2和45#钢两种材料的盒盖。试验结果表明，LYl2盒盖尾端的两个螺钉处被撕开，盖子掀起约30。，如图6；45#铡盒盖向上鼓起约为0．5cm，但不被撕开，如图7。有限元模型的仿真计算结果分别如图8和图9，LYl2盒盖在螺钉处被拉坏，盖子掀起6cm，45#车H盒盖向上鼓起约0．5cm。试验与计算结果吻合，证明模型简化和参数选择正确合理。图6铝盒盖被破坏(试验结果)图745#钢盒盖鼓包(试验结果)图8铝盒盖被破坏(计算结果)图945#钢盒盖有鼓包(计算结果)3．3改进方法从试验和计算可知，爆炸螺栓分离后，LYl2盒盖被拉坏并被掀起，需要改进爆炸螺栓盒增加其动强度。45#钢盒盖不会破坏，满足动强度要求，但是45#钢的密度约为LYl2的3倍，会增加飞行负载，不是最佳方案。铝盒盖产生破坏的主要原因是螺孔处存在应力集中，超过铝的抗拉极限，产生破坏。拟采用增加泄压孔、盒盖局部加厚、盒盖尾端加螺钉等三种方法减少应力集中，提高盒盖的动强度。3．3．1增加泄压孔在爆炸螺栓盒两侧各打6个qblO的泄压孔(见表2)，降低爆炸螺栓盒内冲击波压力，从而整体减小盒盖受到的应力水平。从图10可以看出，增加泄压孔后，测点压力减小了约0．06MPa。但是盒盖在螺钉处被拉坏，并掀起约5．6cm。这说明增加泄压孔能减小冲击波对盒盖的冲击作用，但并不能解决盒盖被掀起破坏的问题。盒盖的应力云图参见表2。3．3．2盒盖局部加厚采取的第二种方法是将盒盖螺钉孔处局部加厚，从原来的0．2cm增加为0．4cm，以提高应力集中处的强度。计算结果表明，铝盖在冲击波作用下向上鼓起，盒盖鼓起约0．8cm，螺钉处万方数据14强度与环境2007年的盒盖发生拉伸变形，螺钉孔的直径由O．6cm变为0．8cm，但不会被拉坏。3．3．3盒盖尾端加螺钉第三种方法是在盒盖尾端多加一个固定螺钉，增加承力点，减小单个螺钉承受的应力和应力集中，从而改善盒盖的动强度。计算结果表明，在冲击作用下，盒盖鼓包O．6cm，不会被撕裂破坏。应力云图参见表2。通过计算可以看出，这三种改进方法都不会显著增加螺栓盒质量，但是增加泄压孔不能从根本上解决盒盖被掀起拉坏的问题，盒盖尾端局部加厚和盒盖尾端加一个固定螺钉能显著提高万方数据第34卷第6期吴艳红等爆炸螺栓盒的爆炸模拟与冲击强度计算15盒盖的动强度，盒盖不会被拉坏。在盒盖尾段加一个固定螺钉的工艺简单，盒盖的强度好，是比较理想的方案。ElementNo^A322618／＼厂K／、／＼|＼、，Vti。、人、d0200400600Time(us)图10增加泄压孔后盒内压力曲线4结论建立了爆炸螺栓盒、爆炸螺栓的有限元模型，用LS．DYNA程序模拟计算了炸药在爆炸螺栓中爆炸、产物在爆炸螺栓盒中传播、产物对盒壁和盒盖的冲击作用等一系列过程。计算的螺栓盒盖的变形和破坏形式、爆炸压力波形与试验结果对比，吻合较好。通过LYl2和45#钢两种材料盒盖抗冲击能力分析，提出了LYl2材料盒盖的螺栓盒的三种改进措施：在盒壁上增加泄压孔、盒盖局部加厚和盒盖尾端加螺钉，为爆炸螺栓盒盖改进设计提供了依据。参考文献【1]张宝平，张庆明，黄风雷．爆轰物理学【M】．兵器工业出版社，2001【2]8thInternationalLS—DYNAUsersConference[C]．[3]赵海鸥．LS—DYNA动力分析指南[M】．兵器工业出版社，2003．万方数据爆炸螺栓盒的爆炸模拟与冲击强度计算作者：吴艳红，王晓晖，马斌捷，荣克林，李双，WUYan-hong，WANGXiao-hui，MABin-jie，RONGKe-lin，LIShuang作者单位：北京强度环境研究所,北京,100076刊名：强度与环境英文刊名：STRUCTURE&ENVIRONMENTENGINEERING年，卷(期)：2007,34(6)参考文献(3条)1.赵海鸥LS-DYNA动力分析指南20032.查看详情3.张宝平;张庆明;黄风雷爆轰物理学2001本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_qdyhj200706002.aspx